网络（八）VLAN虚拟局域网和单臂路由

前言

在典型交换网络中，当某台主机发送一个广播帧或未知单播帧时，该数据帧会被泛洪，甚至传递到整个广播域。广播域越大，产生的网络安全问题、垃圾流量问题就越严重。在这种情况下出现了VLAN (Virtual Local Area Network)技术解决以上问题，将介绍VLAN技术的相关概念，介绍不同二层接口的工作原理，并且会介绍VLAN的应用及其数据转发原理和相关配置。

目录

前言

一、VLAN的概念及优势

1. 概念

2. 优势

二、以太网二层接口类型

三、静态VLAN和Trunk介绍配置

1. VLAN的范围

2. 802.1Q协议 

2.1 定义

2.2 图示

3. 配置静态vlan步骤 

4. 案例一

4.1 图示

4.2  交换机LSW1建立vlan10和vlan20，将接口1、2选择access类型，并加入vlan10

4.3 设置临时组，将接口3、4类型选择access，并加入vlan20

4.4 将接口5选择trunk类型，并允许所有vlan通过

4.5  交换机LSW1建立vlan10和vlan20，将接口2、3选择access类型，接口1选择trunk类型，并允许所有vlan通过

4.6 测试网络

4.7 抓包观察

5. 案例二

5.1 图示

5.2 交换机LSW2接口4选择trunk类型，并允许所有vlan通过

5.3 路由器AR1封装dot1q协议，两个接口分别对应vlan10和vlan20，分别配置子接口IP，对应网关是192.168.1.254和192.168.2.254

5.4 测试网络

5.5 单臂路由实现不同VLAN间通信的原理 

5.6 单臂路由的缺陷

四、总结补充

1. access接口过程

2. trunk接口过程

3. hybrid类型介绍

3.1 原理

3.2 图示

3.3 分别为端口1，2，3配置pvid10，20，30；分别配置端口允许接收VLAN标签为10、20、30的数据帧，允许转发VLAN标签为10、20、30的数据帧，转发时去掉VLAN标签

3.4 测试网络

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一、VLAN的概念及优势

1. 概念

LAN（Virtual Local Area Network）的中文名为"虚拟局域网"，将大的网络划分成小的局域网。主要作用是：划分广播域（不是划分网段），隔绝广播。其划分广播域主要有逻辑分割和物理分割（加路由器，成本太高一般不使用）。

2. 优势

① 控制广播

② 增强网络安全性

③ 简化网络管理

二、以太网二层接口类型

① access：交换机连接PC机，路由器（绝大多数）

② trunk：交换机连接交换机（可以允许多条vlan通过）

③ hybrid：混杂模式（华为设备间特有，手动控制，了解即可）

三、静态VLAN和Trunk介绍配置

1. VLAN的范围

VLAN ID范围	范围	用途
0，4095	保留	仅限系统使用 用户不能查看和使用这些VLAN
1	正常	Cisco默认VLAN 用户能够使用该VLAN，但不能删除它
2~1001	正常	用于以太网的VLAN 用户可以创建、使用和删除这些VLAN
1002~1005	正常	用于FDDI和今牌环的Cisco默认VLAN 用户不能删除这些VLAN
1006~1024	保留	仅限系统使用 用户不能查看和使用这些VLAN
1025~4094	扩展	仅用于以太网VLAN

2. 802.1Q协议 

2.1 定义

802.1Q协议，即Virtual Bridged Local Area Networks协议，主要规定了VLAN的实现，IEEE 802.1q 标准为标识带有VLAN 成员信息的以太帧建立了一种标准方法。IEEE 802.1q 标准定义了 VLAN 网桥操作，从而允许在桥接局域网结构中实现定义、运行以及管理VLAN 拓扑结构等操作。

2.2 图示

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3. 配置静态vlan步骤 

① 先建立vlan（默认只有vlan1）

② 选择端口的类型

③ 将端口加入到vlan中

4. 案例一

·相同网段实现vlan隔绝：左边划为vlan10，右边划为vlan20

4.1 图示

​

4.2  交换机LSW1建立vlan10和vlan20，将接口1、2选择access类型，并加入vlan10

4.3 设置临时组，将接口3、4类型选择access，并加入vlan20

​ 

4.4 将接口5选择trunk类型，并允许所有vlan通过

​

4.5  交换机LSW1建立vlan10和vlan20，将接口2、3选择access类型，接口1选择trunk类型，并允许所有vlan通过

​ 

4.6 测试网络

​ 

4.7 抓包观察

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5. 案例二

·不同网段利用单臂路由实现全网互通：192.168.1段和192.168.2段设备实现互通

5.1 图示

​ 

5.2 交换机LSW2接口4选择trunk类型，并允许所有vlan通过

​ 

5.3 路由器AR1封装dot1q协议，两个接口分别对应vlan10和vlan20，分别配置子接口IP，对应网关是192.168.1.254和192.168.2.254

​

注：准确点说是802.1q协议，dot1q其实就是“点1q”。dot1q termination vid 10意思是：该子接口在收到带有vlan10 tag（标签）的报文时，将剥离tag进行三层转发，该子接口在发送报文时，会添加该子接口对应的vlan10 tag到报文中。 

5.4 测试网络

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5.5 单臂路由实现不同VLAN间通信的原理 

所有的数据包都通过交换机与路由器相连的接口划分的逻辑接口（子接口）进行转发数据，而且通过802.1q协议来对数据包进行802.1q协议的vlan封装。子接口要配置每个vlan的网关地址。路由器收到不同数据包后首先根据自己的子接口区分vlan，然后再重新分装vlan标签进行转发数据包。

5.6 单臂路由的缺陷

① “单臂”为网络骨干链路，容易形成网络瓶颈

② 子接口依然依托于物理接口，应用不灵活

③ VLAN间转发需要查看路由表，严重浪费设备资源

四、总结补充

1. access接口过程

① 如果收到一个没有vlan标签的数据帧，交换机会接收数据，打上自己端口的vlan标签；

② 如果收到带有vlan标签的数据帧，交换机会和自己的vlan标签表比较，如果一样放行，并脱掉标签；如果不一样拒收。

2. trunk接口过程

① 如果收到一个没有vlan标签的数据帧，交换机也会打上自己端口的vlan标签，一般是vlan1；

② 如果收到带有vlan标签的数据帧，交换机会看Vlan List放行列表，如果在放行，并且不脱标，如果不在则拒收。

3. hybrid类型介绍

3.1 原理

Hybrid端口收到一个报文，如果没有VLAN信息,则打上端口 PVID 并进行交换转发。如果有VLAN信息,且该Hybrid端口允许该VLAN数据进入则转发，否则丢弃(此时端口上untag配置是不用考虑，untag配置只对发送报文时起作用) 。

·hybrid类型案例操作介绍

3.2 图示

3.3 分别为端口1，2，3配置pvid10，20，30；分别配置端口允许接收VLAN标签为10、20、30的数据帧，允许转发VLAN标签为10、20、30的数据帧，转发时去掉VLAN标签

3.4 测试网络